WO2007062612A1 - Überwachungseinheit zur lastüberwachung eines elektrischen motors - Google Patents

Überwachungseinheit zur lastüberwachung eines elektrischen motors Download PDF

Info

Publication number
WO2007062612A1
WO2007062612A1 PCT/DE2005/002152 DE2005002152W WO2007062612A1 WO 2007062612 A1 WO2007062612 A1 WO 2007062612A1 DE 2005002152 W DE2005002152 W DE 2005002152W WO 2007062612 A1 WO2007062612 A1 WO 2007062612A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
load
monitoring
monitoring unit
indication
Prior art date
Application number
PCT/DE2005/002152
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2007062612A8 (de
Inventor
Roland Fleischmann
Peter Harmsen
Martin Maier
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US12/085,521 priority Critical patent/US20090033265A1/en
Priority to PCT/DE2005/002152 priority patent/WO2007062612A1/de
Priority to EP05816422A priority patent/EP1969713B1/de
Priority to AT05816422T priority patent/ATE453951T1/de
Priority to DE502005008802T priority patent/DE502005008802D1/de
Priority to DE112005003814T priority patent/DE112005003814A5/de
Publication of WO2007062612A1 publication Critical patent/WO2007062612A1/de
Publication of WO2007062612A8 publication Critical patent/WO2007062612A8/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply

Definitions

  • Monitoring unit for monitoring the load of an electric motor
  • the invention relates to a monitoring unit and a method for monitoring the load of an electric motor.
  • Such a monitoring unit or method is used in conjunction with motors and drives, especially for drives and motors that are integrated in automation systems.
  • Such a monitoring unit can be carried out, for example, as an electronic monitoring relay.
  • the monitoring unit has a measuring unit which measures a load-relevant variable. Furthermore, the measured variable is evaluated by means of an evaluation unit to the effect that a monitoring of a load, for example, a motor or a drive is guaranteed.
  • a load-relevant variable represents, for example, the motor current I or the power factor cos ⁇ of a drive or an engine.
  • threshold values for the load-relevant variable are set in the load monitoring relays and a switching relay is actuated when they are undershot or exceeded.
  • the power factor cos ⁇ can serve as a load-relevant variable, where ⁇ represents the phase angle between the supply voltage of the drive and the motor current flowing in the process.
  • the power factor cos ⁇ can then be monitored by means of preset thresholds. The setting of a tolerance range is also possible.
  • the motor current is used as a load-relevant size for monitoring.
  • the load-relevant variable is usually set in relation to the torque of the motor. In this way, a direct assignment of the load-related variable is given to a torque of the motor. In this way, the load-relevant variable acts as an indication of the current torque of the engine.
  • it is desirable if the ratio of the load-relevant variable to the torque is linear in as many torque ranges as possible. Unfortunately, this is usually not the case. Regardless of which size is selected as the load-relevant variable, the ratio of the load-relevant variable to the torque of the motor is by no means linear. As a result, a faulty calculation of the load-relevant variable takes place in very specific torque ranges.
  • the load-relevant size is therefore no longer suitable for load monitoring of the motor or the drive. Consequently, when defining the tolerance range or the definition of the thresholds, one is limited to very specific torque ranges. A linearization of the load-relevant size over the entire torque range would allow free tolerance range or threshold selection.
  • FIG. 1 shows load-relevant variables such as the already mentioned motor current and the cosine of the phase angle ⁇ plotted against the torque of an engine.
  • the curve K1 with the corresponding scale in amperes on the right-hand side is relevant.
  • this load-relevant variable shows a substantially linear course. With smaller torques, this curve flattens out noticeably, thus reducing the expressiveness or decision force that is given when using the motor current as a load-relevant variable.
  • curve K2 is relevant.
  • the associated vertical axis is on the left side of the graph. In this case, the load-relevant size ranges from 0 to 1.
  • an additional logic such as a programmable logic controller PLC, necessary if after the application of the mains voltage electrical integration of Lastüberwachungs- relay is to be implemented before the contactor in the motor branch. It is desirable that the load monitoring relay in a motor feeder is also electrically connected before the on / off contactor without additional logic. For this, it is necessary that the start-up bridging time for the drive is only started by the beginning of the current flow. Since the detection of the motor current is not possible for very small currents, it is always necessary to use additional additional logic.
  • PLC programmable logic controller
  • an electronic relay which has a size based on the phase angle by means of an ner measuring unit isolated and used for load monitoring by means of a microprocessor.
  • the object of the invention is to specify a monitoring unit for monitoring the load of an electric motor, threshold values of the monitoring being linearly adjustable practically over the entire torque range of the motor.
  • This object is achieved in a monitoring unit of the type mentioned above in that the ⁇ berwachungsaku is provided for detecting a motor current and a phase angle between the supply voltage and the motor current in the operating state of the engine, and means for forming an indication size from the motor current and the phase angle as a measure of Monitoring the electrical load of the engine has. Furthermore, this object is achieved by a method of the aforementioned type, wherein a motor current and phase angle between the supply voltage and the motor current in the operating state of the engine are detected and an indication variable from the motor current and the phase angle is formed as a measure for monitoring the electrical load of the motor becomes.
  • the monitoring unit detects both a motor current and the phase angle between the supply voltage and the motor current. After detection, both variables are further processed in an evaluation unit, or functions or indication variables are formed based on the detected motor current and phase angle.
  • the monitoring unit has means for forming an indication variable from the motor current and the phase angle.
  • the indication size is based here on the motor current and the phase angle, whereby both detected quantities are processed for this purpose, for example, by further mathematical or electrical functions.
  • the indication size is used as a measure for monitoring the electrical load of the motor.
  • the indication size is chosen such that the dependency the indication size for the torque or load of the motor is linear.
  • the means for forming an indication variable for continuous adaptation to the characteristic properties of the motor to be monitored can be adapted. An active linear adjustment of the indication size is thus possible for further optimization or for adjustment to different motors or drives.
  • a further advantageous embodiment of a monitoring unit for load monitoring uses an indication variable which is formed from the product of the motor current with the cosine of the phase angle. Since both load-relevant variables work differently well in different load or torque ranges, a compensation effect achieves a linearization through the use of this product of motor current with the cosine of the phase angle. Furthermore, combinations of other load-relevant variables are conceivable, which leads to a linearization of the ratio of the indication variable to the torque or the load by means of a mutual compensation effect.
  • the indication variable can be formed from a product of a first function, which is formed from the motor current, and from a second function, which is formed from the phase angle.
  • the detected load-relevant variables motor current and phase angle can be further conditioned by means of a first and / or a second function such that the linear adaptation is further optimized.
  • a further linearization ensures that a direct reference of the indication size to the current engine load is ensured.
  • the monitoring unit is intended to initiate at least one protective measure if at least one threshold value and / or a tolerance range of the integration variable is exceeded or violated.
  • This procedure is conventional, but in conjunction with the line Arized indication variable torque curve leads to a better adjustability of the threshold values and thus to a more direct monitoring of the motor.
  • the linearized characteristic extends the monitoring range of the engine from very low inrush currents to high motor currents when driving a peak load.
  • the monitoring unit Due to the extended detection range and a wide-voltage supply, a universal application possibility for the monitoring unit results. Furthermore, the monitoring unit here comes out without an additional logic circuit, in the form of a PLC, when the monitoring unit is arranged electrically in front of the contactor in the motor feeder. This has positive effects, which are noticeable in other devices.
  • the voltage supply for the monitoring unit can not only be designed with a rated voltage with tolerance (for example AC 400 V, + 10%), but a wide-voltage version with a working range of, for example, AC 90 to AC 690 V can be realized.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of a monitoring unit.
  • FIG. 1 shows a graph showing possible indication variables as a function of the torque of an engine.
  • the left vertical axis can be seen in conjunction with the curve K2, which is based on an indication size based on the cosine of the phase angle.
  • the curve K2 behaves almost linearly at low torques of the engine, but flattens out noticeably at medium and higher torques and makes reliable control or reliable initiation of protective measures impossible.
  • FIG. 1 it can be seen that starting at approximately 75% of the rated motor torque (indicated by the vertical bar printed in bold), possible monitoring is no longer possible. This means that the remaining 25% of the torque range can not be monitored.
  • the graph of FIG. 1 also shows the curve K1, which represents an indication variable as a function of the torque, which is based on the motor current.
  • curve K the right vertical axis is relevant. If the motor current is selected as the basic variable for the indication size, there is no linear relationship between the indication size and the torque of the motor at low torques. The correct setting of the threshold values or tolerance ranges is therefore only possible to a limited extent. Again, a limitation of the surveillance area is acceptable.
  • an indication variable is proposed in this embodiment, which is formed from the size of the motor current in combination with the size of the phase angle.
  • the indication variable consists of the product of the motor current with the cosine of the phase angle.
  • the indication variable according to the invention is shown in the graph of FIG. 1 in the form of curve K3.
  • the right vertical axis is relevant in connection with K3. It can clearly be seen that the problem areas of the indication sizes, which only go back to one of the two load-relevant quantities, were compensated. It is a nearly linear one Ratio of the indication size to the torque of the motor or drive has been realized, with no problem areas occur. In this way, it is possible to establish thresholds or tolerance ranges over the entire torque range, without the direct relationship between the indication variable and the torque having a negative effect on the load monitoring.
  • linearization for example, a V-belt crack, a pump idle, the load on a conveyor belt or a tool wear can be detected in good time.
  • the monitoring unit 1 has two phase connections A1 and A2, which are provided for the electrical connection to one phase of a multi-phase power supply network 11.
  • the motor 2 to be monitored is in this case connected on the one hand to one of the phases of the power supply network 11 and on the other hand to the terminal A3 of the monitoring unit 1.
  • the monitoring unit 1 is designed as a two-phase device.
  • the circuit in which the to be monitored is designed as a two-phase device.
  • the circuit in which the to be monitored is designed as a two-phase device.
  • the phase connections A1 and A2 can be connected, for example
  • Engine 2 is partially passes through the monitoring unit 1.
  • the motor 2 is not only connected to the phase Ll, but also connected via the monitoring unit with the phase L2.
  • a current sensor 3 By means of a current sensor 3, the motor current of the motor 2 is measured.
  • the current sensor 3 can hereby be ausckle- as a current transformer, ⁇ which tracks the motor current to a voltage Interwall. This illustrated voltage is transmitted via a line to the measuring and evaluation unit. forwarded.
  • the measurement and evaluation unit 8 is further connected to the phases L1 and L2 and is thus able to detect the motor current and the phase angle between the motor current and the supply voltage.
  • the measuring and evaluation unit 8 can be realized, for example, from a controller with the associated periphery.
  • the measuring and evaluation unit 8 is supplied with voltage by the voltage regulation 5.
  • the voltage regulator 5 contains a switching regulator 6 and a high-voltage stage 7.
  • the voltage regulator 5 is supplied with DC voltage by a rectifier, for example a bridge rectifier.
  • a rectifier for example a bridge rectifier.
  • the measuring and evaluation unit 8 an evaluation of the measured quantities and / or a preliminary analysis takes place.
  • the measuring and evaluation unit 8 is able to perform by means of the switching stage 10, which contains at least one relay, a protective shutdown or protective intervention.
  • the decision for a protective reaction is triggered based on the indication size / torque characteristic.
  • an optimization of the indication size formation by means of the diagnosis and display unit 9 is possible.
  • the diagnosis and display unit 9 can be executed, for example, as a control panel.
  • the user can integrate motor-specific or application-specific characterizing features that are relevant for a safety shutdown or protection intervention into a characteristic curve. Changing a characteristic results in a change of the calculation method of the integration variable. It is important that this calculation is always based on both the determined motor current and also the determined phase angle.
  • the invention relates to a monitoring unit for monitoring the load of an electric motor.
  • the monitoring unit ensures monitoring of the engine load over the entire torque range.
  • the monitoring unit uses a linearizing adaptation of the indication size.
  • the monitoring unit for detecting a motor current and a .Phasenwinkels between supply voltage and the motor current in the operating state of Motors provided.
  • this means for forming an indication variable from the motor current and the phase angle as a measure for monitoring the electrical load of the motor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinheit zur Lastüberwachung eines elektrischen Motors. Die Überwachungseinheit stellt eine Überwachung der Motorlast über den gesamten Drehmomentbereich sicher. Hierzu bedient sich die Überwachungseinheit einer linearisierenden Anpassung der Indikationsgröße. Zunächst ist die Überwachungseinheit zur Erfassung eines Motorstroms und eines Phasenwinkels zwischen Versorgungsspannung und dem Motor ström im Betriebzustand des Motors vorgesehen. Des Weiteren weist diese Mittel zur Bildung einer Indikationsgröße aus dem Motorstrom und dem Phasenwinkel als Maß zur Überwachung der elektrischen Last des Motors auf .

Description

Beschreibung
Überwachungseinheit zur Lastüberwachung eines elektrischen Motors
Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinheit und ein Verfahren zur Lastüberwachung eines elektrischen Motors.
Eine derartige Überwachungseinheit bzw. Verfahren kommt in Verbindung mit Motoren und Antrieben zum Einsatz, insbesondere bei Antrieben und Motoren, die in Automatisierungsanlagen integriert sind.
Eine derartige Überwachungseinheit kann beispielsweise als elektronisches Überwachungsrelais ausgeführt werden. Die Ü- berwachungseinheit weist in der Regel eine Messeinheit auf, die eine lastrelevante Größe misst. Weiterhin wird mittels einer Auswerteeinheit die gemessene Größe dahingehend ausgewertet, dass eine Überwachung einer Last beispielsweise eines Motors oder eines Antriebs gewährleistet ist.
Eine lastrelevante Größe stellt beispielsweise der Motorstrom I oder der Leistungsfaktor cosφ eines Antriebs oder eines Motors dar. In der Regel werden bei den Lastüberwaσhungsrelais Schwellenwerte für die lastrelevante Größe eingestellt und bei deren Unter- oder Überschreitung ein Schaltrelais betätigt .
Als lastrelevante Größe kann beispielsweise der Leistungsfak- tor cosφ dienen, wobei φ der Phasenwinkel zwischen der Versorgungsspannung des Antriebs und dem dabei fließenden Motorstrom darstellt. Der Leistungsfaktor cosφ kann dann mittels voreingestellten Schwellen überwacht werden. Die Einstellung eines Toleranzbereiches ist ebenfalls möglich.
Weiterhin wird in der Praxis auch der Motorstrom als lastrelevante Größe zur Überwachung verwendet. Die lastrelevante Größe wird in der Regel in das Verhältnis zum Drehmoment des Motors gestellt. Auf diese Weise ist eine direkte Zuordnung der lastrelevanten Größe zu einem Drehmoment des Motors gegeben. Auf diese Weise fungiert die lastre- levante Größe als Indikation für das derzeitig vorliegende Drehmoment des Motors . In diesem Zusammenhang ist es wünschenswert, wenn das Verhältnis der lastrelevanten Größe zum Drehmoment in möglichst vielen Drehmomentbereichen linear ist. Leider ist dies in der Regel nicht der Fall. Unabhängig davon welche Größe als lastrelevante Größe gewählt wird, ist das Verhältnis der lastrelevanten Größe zum Drehmoment des Motors keineswegs linear. Dies führt dazu, dass in ganz bestimmten Drehmomentbereichen eine fehlerbehaftete Berechnung der lastrelevanten Größe stattfindet. In diesen Bereichen ist die lastrelevante Größe folglich nicht mehr zur Lastüberwachung des Motors oder des Antriebs geeignet. Folglich ist man bei der Definition des Toleranzbereiches oder der Definition der Schwellen auf ganz bestimmte Drehmomentbereiche beschränkt. Eine Linearisierung der lastrelevanten Größe über den gesamten Drehmomentbereich würde eine freie Toleranzbereich- bzw. Schwellenwahl ermöglichen.
Die Figur 1 zeigt lastrelevante Größen wie der bereits erwähnte Motorstrom und den Cosinus des Phasenwinkels φ aufge- tragen über dem Drehmoment eines Motors. Wird als lastrelevante Größe der Motorstrom gewählt, so ist die Kurve Kl mit der dazugehörigen Skala in Ampere auf der rechten Seite einschlägig. Für höhere Drehmomente zeigt diese lastrelevante Größe einen im Wesentlichen linearen Verlauf. Bei kleineren Drehmomenten hingehen flacht diese Kurve zusehends ab und reduziert somit die Aussagekraft bzw. Entscheidungskraft, die bei der Verwendung des Motorstroms als lastrelevante Größe gegeben ist. Wird hingegen der Phasenwinkel als lastrelevante Größe gewählt, so ist Kurve K2 relevant. Die zugehörige ver- tikale Achse befindet sich auf der linken Seite des Graphen. In diesem Fall reicht die lastrelevante Größe von 0 bis 1. Ein gegenteiliges Problem im Vergleich zum Motorstrom als lastrelevante Größe stellt sich ein. Die Kurve, die auf den Phasenwinkel basiert, legt ein vergleichsweise lineares Verhältnis bei kleineren Drehmomenten zutage, flacht aber bei höheren Drehmomenten immer mehr ab. Das Setzen von Schwellen bzw. Toleranzbereichen im Bereich- der höheren Drehmomente ist folglich schwierig und fehlerbehaftet. Folglich ist weder bei der Verwendung des Motorstromes noch des Phasenwinkels als lastrelevante Größe eine über den gesamten Drehmomentbereich lineare Kurve und somit eine einwandfreie Lastüberwachung möglich.
Die beschriebenen Methoden der Lastüberwachung haben folgende Nachteile:
Derzeit existierende Geräte können bei Leerlaufströmen unter 0,5 A keine definierte Messung mehr durchführen und arbeiten nur an einer Netznennspannung. Eine Auswertung führt folglich zu keinem Ergebnis und macht eine Überwachung bei geringen Leerlaufströmen unmöglich.
Bisher wurde, um eine Lastüberwachung während des Anlaufpro- zesses des Motors zu gewährleisten, das Prinzip des Ruhestroms und der Verzögerungszeit kombiniert. Hierfür wird eine zusätzliche Logik, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung SPS, notwendig, wenn nach dem Anlegen der Netz- Spannung eine elektrische Einbindung des Lastüberwachungs- relais vor dem Schütz im Motorzweig realisiert sein soll. Es ist wünschenswert, dass das Lastüberwachungsrelais in einem Motorabzweig auch elektrisch vor dem Ein-/Ausschaltschütz ohne zusätzliche Logik anschließbar ist. Hierfür ist erfor- derlich, dass die Anlaufüberbrückungszeit für den Antrieb erst durch den beginnenden Stromfluss gestartet wird. Da die Erfassung des Motorstroms bei sehr kleinen Strömen nicht möglich ist, muss stets auf eine weitere zusätzliche Logik zurückgegriffen werden.
Aus EP 0 788 210 Al ist ein elektronisches Relais bekannt, welches eine Größe basierend auf dem Phasenwinkel mittels ei- ner Messeinheit isoliert und zur Lastüberwachung mittels eines Mikroprozessors verwendet .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Überwachungs- einheit zur Lastüberwachung eines elektrischen Motors anzugeben, wobei Schwellenwerte der Überwachung praktisch über den gesamten Drehmomentbereich des Motors linear einstellbar sind.
Diese Aufgabe wird bei einer Überwachungseinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Öberwachungseinheit zur Erfassung eines Motorstroms und eines Phasenwinkels zwischen Versorgungsspannung und dem Motorstrom im Betriebszustand des Motors vorgesehen ist, und Mittel zur Bildung einer Indikationsgröße aus dem Motorstrom und dem Phasenwinkel als Maß zur Überwachung der elektrischen Last des Motors aufweist . Ferner wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei ein Motorstrom und Phasenwinkel zwischen VersorgungsSpannung und dem Motorstrom im Be- triebszustand des Motors erfasst werden und eine Indikationsgröße aus dem Motorstrom und dem Phasenwinkel als Maß zur Überwachung der elektrischen Last des Motors gebildet wird.
Erfindungsgemäß erfasst die Überwachungseinheit sowohl einen Motorstrom und den Phasenwinkel zwischen Versorgungsspannung und dem Motorstrom. Beide Größen werden nach der Erfassung des Weiteren in einer Auswerteeinheit aufbereitet, bzw. es werden Funktionen oder Indikationsgrößen basierend auf dem erfassten Motorstrom und Phasenwinkel gebildet. Die Überwachungseinheit weist Mittel zur Bildung einer Indikationsgröße aus dem Motorstrom und dem Phasenwinkel auf. Die Indikationsgröße basiert hierbei auf den Motorstrom und dem Phasenwinkel, wobei beide erfassten Größen hierfür beispielsweise durch weitere mathematische oder elektrische Funktionen aufbereitet werden. Die Indikationsgröße wird als Maß zur Überwachung der elektrischen Last des Motors eingesetzt. Die Indikationsgröße ist derartig gewählt, dass die Abhängigkeit der Indikationsgröße zum Drehmoment bzw. Last des Motors linear ist. Weiterhin können die Mittel zur Bildung einer Indikationsgröße zur fortwährenden Anpassung an die charakteristischen Eigenschaften des zu überwachenden Motors angepasst werden. Eine aktive lineare Anpassung der Indikationsgröße ist somit zur weiteren Optimierung oder zur Einstellung auf unterschiedliche Motoren oder Antriebe möglich.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Überwachungs- einheit zur LastÜberwachung verwendet eine Indikationsgröße, die aus dem Produkt des Motorstroms mit dem Cosinus des Phasenwinkels gebildet ist. Da beide lastrelevanten Größen in verschiedenen Last- bzw. Drehmomentbereichen unterschiedlich gut funktionieren, wird durch ein Kompensationseffekt eine Linearisierung durch die Verwendung dieses Produktes aus Motorstrom mit dem Cosinus des Phasenwinkels erreicht. Des Weiteren sind Kombinationen anderer lastrelevanter Größen denkbar, die durch einen gegenseitigen Kompensationseffekt zu einer Linearisierung des Verhältnisses von der Indikationsgröße zum Drehmoment bzw. der Last führt.
Vorteilhafterweise kann die Indikationsgröße aus einem Produkt einer ersten Funktion, die aus dem Motorstrom gebildet ist und aus einer zweiten Funktion, die aus dem Phasenwinkel gebildet ist, gebildet werden. Durch ein weiteres Einbinden elektronischer oder mathematischer Funktionen sind mittels einer ersten und/oder einer zweiten Funktion die erfassten lastrelevanten Größen Motorstrom und Phasenwinkel weiter dahingehend konditionierbar, dass. die lineare Anpassung weiter optimiert wird. Eine weitere Linearisierung führt dazu, dass ein direkter Bezug der Indikationsgröße zur aktuellen Motorbelastung gewährleistet ist.
Vorteilhafterweise ist die Überwachungseinheit dazu vorgese- hen mindestens eine Schutzmaßnahme einzuleiten, falls mindestens ein Schwellenwert und/oder ein Toleranzbereich der Integrationsgröße überschritten bzw... verletzt wird. Diese Vorgehensweise ist herkömmlich, aber in Verbindung mit der line- arisierten Indikationsgröße-Drehmomentkennlinie führt sie zu einer besseren Einstellbarkeit der Schwellenwerte und somit zu einer direkteren Überwachung des Motors. Weiterhin erweitert die linearisierte Kennlinie den Überwachungsbereich des Motors von sehr geringen Einschaltströmen bis zu hohen Motor- strδmen beim Fahren einer Spitzenlast.
Durch den erweiterten Erfassungsbereich und eine Weitspan- nungsversorgung ergibt sich eine universelle Einsatzmöglich- keit für die Überwachungseinheit. Weiterhin kommt die Überwachungseinheit hierbei ohne eine zusätzliche Logikschaltung, in Form einer SPS, aus, wenn die Überwachungseinheit vor dem Schütz im Motorabzweig elektrisch angeordnet wird. Dies hat positive Auswirkungen, die sich bei anderen Geräten bemerkbar machen. So kann beispielsweise die Spannungsversorgung für die Überwachungseinheit nicht nur bei einer Nennspannung mit Toleranz ausgelegt sein (zum Beispiel AC 400 V, + 10%) , sondern eine Weitspannungsausführung mit einem Arbeitsbereich von beispielsweise AC 90 bis AC 690 V ist realisierbar.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert .
Es zeigen:
FIG 1 einen Graphen, der mögliche Indikationsgrößen in
Abhängigkeit vom Drehmoment eines Motors zeigt, und
FIG 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels ei- ner Überwachungseinheit.
Figur 1 zeigt einen Graphen, der mögliche Indikationsgrößen in Abhängigkeit vom Drehmoment eines Motors zeigt. Die linke vertikale Achse ist in Verbindung mit der Kurve K2 zu sehen, die auf einer Indikationsgröße basiert, die auf den Cosinus des Phasenwinkels basiert. Wie bereits in der Einleitung gezeigt, verhält sich die Kurve K2 bei kleinen Drehmomenten des Motors nahezu linear, flacht aber bei mittleren und höheren Drehmomenten zusehends ab und macht eine zuverlässige Kontrolle bzw. eine zuverlässige Einleitung von Schutzmaßnahmen unmöglich. In Figur 1 ist zu sehen, dass ab ca. 75% des Motornenndrehmomentes (angedeutet durch den senkrechten fettge- druckten Balken) eine mögliche Überwachung nicht mehr möglich ist. Dies bedeutet, dass die übrigen 25% des Drehmomentbereiches nicht überwacht werden können.
Im Graphen der Figur 1 sieht man zudem die Kurve Kl, die eine Indikationsgröße in Abhängigkeit des Drehmomentes darstellt, die auf den Motorstrom zurückgeht . Für die Kurve Kl ist die rechte vertikale Achse relevant. Wird der Motorstrom als Basisgröße für die Indikationsgrδße gewählt, besteht kein linearer Zusammenhang zwischen der Indikationsgrδße und dem Dreh- moment des Motors bei kleinen Drehmomenten. Die richtige Einstellung der Schwellenwerte bzw. Toleranzbereiche ist damit nur bedingt möglich. Wieder ist eine Einschränkung des Überwachungsbereiches hinzunehmen.
Die bisher diskutierten Indikationsgrößen der Kurven Kl, K2 sind aus dem Stand der Technik bekannt .
Erfindungsgemäß wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Indikationsgröße vorgeschlagen, die aus der Größe des MotorStroms in Kombination mit der Größe des Phasenwinkels gebildet wird.
In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Indikationsgröße aus dem Produkt des MotorStroms mit dem Cosinus des Phasenwinkels. Die erfindungsgemäße Indikationsgröße ist in Form der Kurve K3 im Graphen der Figur 1 eingezeichnet. Die rechte vertikale Achse ist in Verbindung mit K3 relevant. Es ist deutlich zu sehen, dass die Problembereiche der Indikationsgrößen, die nur auf eine der beiden lastrelevanten Größen zurückgehen, kompensiert wurden. Es ist ein nahezu lineares Verhältnis der Indikationsgröße zum Drehmoment des Motors bzw. Antriebs realisiert worden, wobei keine Problembereiche auftreten. Auf diese Weise kann im gesamten Drehmomentbereich eine Festlegung von Schwellen oder Toleranzbereichen erfol- gen, ohne dass der direkte Bezug zwischen Indikationsgröße und Drehmoment sich negativ auf die Lastüberwachung auswirkt.
Mittels der Linearisierung ist beispielsweise ein Keilriemen- riss, ein Pumpenleerlauf, die Belastung auf einem Transport- band oder ein Werkzeugverschleiß rechtzeitig feststellbar.
Hierdurch können Folgeschäden in Anlagen, insbesondere Automatisierungsanlagen vermieden werden.
Weiterhin sind keine zusätzlichen speicherprogrammierbaren Steuerungen notwendig, um den gesamten Drehmomentbereich ü- berwachbar zu machen.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Überwachungseinheit 1. Die Überwachungseinheit 1 weist zwei Phasenanschlüsse Al und A2 auf, die zur elektrischen Verbindung zu jeweils einer Phase eines mehrphasigen Stromversorgungsnetzes 11 vorgesehen sind. Der zu überwachende Motor 2 wird hierbei einerseits an eine der Phasen des Stromversorgungsnetzes 11 angeschlossen und andererseits an den Anschluss A3 der Überwachungseinheit 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Überwachungseinheit 1 als zweiphasiges Gerät ausgeführt. Die Phasenanschlüsse Al und A2 können beispielsweise an eine Phase Ll und L2 angeschlossen werden oder auch an eine Phase LX (wobei X..=..l, 2, oder 3 ist) und N (Nullleiter) . Der Stromkreis, in dem sich der zu überwachende
Motor 2 befindet, verläuft teilweise durch die Überwachungs- einheit 1. Der Motor 2 ist nicht nur an die Phase Ll angeschlossen, sondern auch über die Überwachungseinheit mit der Phase L2 verbunden. Mittels eines Stromsensors 3 wird der Mo- torstrom des Motors 2 gemessen. Der Stromsensor 3 kann hierbei als Stromwandler- ausgeführt- sein, ■ der den Motorstrom auf ein Spannungsinterwall abbildet. Diese abgebildete Spannung wird über eine Leitung zur Mess- und Bewertungseinheit wei- tergeleitet. Die Mess- und Bewertungseinheit 8 ist weiterhin mit den Phasen Ll und L2 verbunden und ist somit in der Lage, den Motorström und den Phasenwinkel zwischen dem Motorstrom und der VersorgungsSpannung zu erfassen. Die Mess- und Bewer- tungseinheit 8 ist beispielsweise aus einem Controller mit der dazu gehörigen Peripherie realisierbar. Die Mess- und Bewertungseinheit 8 wird durch die Spannungsregelung 5 mit Spannung versorgt . Die Spannungsregelung 5 enthält einen Schaltregler 6 und eine Hochvoltstufe 7. Die Spannungsrege- lung 5 wird von einem Gleichrichter, beispielsweise einem Brückengleichrichter, mit Gleichspannung versorgt. In der Mess- und Bewertungseinheit 8 findet eine Bewertung der gemessenen Größen und/oder eine Voranalyse statt. Die Mess- und Bewertungseinheit 8 ist dazu in die Lage versetzt, mittels der Schaltstufe 10, die mindestens ein Relais enthält, eine Schutzabschaltung oder Schutzeinschaltung durchzuführen. Die Entscheidung für eine Schutzreaktion wird basierend auf der Indikationsgröße/Drehmomentkennlinie ausgelöst. Des Weiteren ist eine Optimierung der Indikationsgrößenbildung mittels der Diagnose- und Anzeigeeinheit 9 möglich. Die Diagnose- und Anzeigeeinheit 9 kann beispielsweise als Bedienteilleiterplatte ausgeführt werden. Somit kann der Benutzer motorspezifische oder anwendungsspezifische charakterisierende Merkmale, die für eine Schutzabschaltung oder Schutzeinschaltung relevant sind, in eine Kennlinie integrieren. Das Ändern einer Kennlinie resultiert hierbei in einer Änderung der Berechnungsweise der Integrationsgröße. Wichtig ist, dass diese Berechung stets sowohl auf den ermittelten Motorstrom und auch den- ermittelten Phasenwinkel zurückgeht.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine ■Überwachungseinheit zur Lastüberwachung eines elektrischen Motors. Die Überwachungseinheit stellt eine Überwachung der Motorlast über den gesamten Drehmomentbereich sicher. Hierzu bedient sich die Überwachungseinheit einer linearisierenden Anpassung der Indikationsgröße. Zunächst ist die Überwachungseinheit zur Erfassung eines Motorstroms und eines .Phasenwinkels zwischen Versorgungsspannung und dem Motorstrom im Betriebzustand des Motors vorgesehen. Des Weiteren weist diese Mittel zur Bildung einer Indikationsgröße aus dem Motorstrom und dem Phasenwinkel als Maß zur Überwachung der elektrischen Last des Motors auf .

Claims

Patentansprüche
1. Überwachungseinheit (1) zur Lastüberwachung eines elektrischen Motors (2) , wobei - die Überwachungseinheit (1) zur Erfassung eines Motorstroms und eines Phasenwinkels zwischen Versorgungsspannung und dem Motorstrom im Betriebzustand des Motors (2) vorgesehen ist, und
Mittel (3) zur Bildung einer Indikationsgröße aus dem Mo- torström und dem Phasenwinkel als Maß zur Überwachung der elektrischen Last des Motors (2) aufweist.
2. Überwachungseinheit (1) nach Anspruch 1, wobei die Indikationsgröße aus dem Produkt des MotorStroms mit dem Cosinus des Phasenwinkels gebildet ist.
3. Überwachungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Indikationsgröße aus dem Produkt einer ersten Funktion, die aus dem Motorstrom gebildet ist, und einer zweiten Funktion, die aus dem Phasenwinkel gebildet ist, gebildet ist .
4. Überwachungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indikationsgröße ein im Wesentlichen line- ares Verhältnis zum Drehmoment des Motors (2) aufweist.
5. Überwachungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indikationsgröße im Wesentlichen proportional zur Last des Motors (2) ist.
6. Überwachungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überwachungseinheit (1) zur Einstellung mindestens eines Schwellenwerts und/oder eines Toleranzbereichs der Indikationsgröße zur. Einleitung mindestens einer Schutzmassnahme vorgesehen ist.
7. Überwachungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indikationsgröße derart gewählt ist, dass der Schwellenwert einem Drehmoment des Motors (2) innerhalb eines durch ein minimal mögliches Drehmoment und ein maximal mögliches Drehmoment festgelegten Drehmomentintervalls zuor- denbar ist.
8. Verfahren zur Lastüberwachung eines elektrischen Motors (2) , wobei
- ein Motorstrom und ein Phasenwinkel zwischen Versorgungs- spannung und dem Motorstrom im Betriebzustand des Motors (2) erfasst werden, und
- eine Indikationsgröße aus dem Motorstrom und dem Phasenwinkel als Maß zur Überwachung der elektrischen Last des Motors
(2) gebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Indikationsgröße aus dem Produkt des Motorstroms mit dem Cosinus des Phasenwinkels gebildet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Indikationsgröße aus dem Produkt einer ersten Funktion, die aus dem Motorstrom gebildet wird, und einer zweiten Funktion, die aus dem Phasenwinkel gebildet wird, gebildet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indikationsgröße ein im Wesentlichen lineares Verhältnis zum Drehmoment des Motors (2) aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indikationsgröße im Wesentlichen proportional zur Last des Motors (2) ist. • . .. .
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Schwellenwert und/oder ein Toleranzbereich der Indikationsgröße zur Einleitung mindestens einer Schutzmass- nähme eingestellt werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwellenwert einem Drehmoment des Motors (2) innerhalb eines durch ein minimal mögliches Drehmoment und ein maximal mögliches Drehmoment festgelegten Drehmomentintervalls zugeordnet wird.
PCT/DE2005/002152 2005-11-29 2005-11-29 Überwachungseinheit zur lastüberwachung eines elektrischen motors WO2007062612A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/085,521 US20090033265A1 (en) 2005-11-29 2005-11-29 Monitoring Unit for Monitoring the Load of an Electric Motor
PCT/DE2005/002152 WO2007062612A1 (de) 2005-11-29 2005-11-29 Überwachungseinheit zur lastüberwachung eines elektrischen motors
EP05816422A EP1969713B1 (de) 2005-11-29 2005-11-29 Überwachungseinheit zur lastüberwachung eines elektrischen motors
AT05816422T ATE453951T1 (de) 2005-11-29 2005-11-29 Überwachungseinheit zur lastüberwachung eines elektrischen motors
DE502005008802T DE502005008802D1 (de) 2005-11-29 2005-11-29 Überwachungseinheit zur lastüberwachung eines elektrischen motors
DE112005003814T DE112005003814A5 (de) 2005-11-29 2005-11-29 Überwachungseinheit zur Lastüberwachung eines elektrischen Motors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/DE2005/002152 WO2007062612A1 (de) 2005-11-29 2005-11-29 Überwachungseinheit zur lastüberwachung eines elektrischen motors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2007062612A1 true WO2007062612A1 (de) 2007-06-07
WO2007062612A8 WO2007062612A8 (de) 2008-06-19

Family

ID=36627420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2005/002152 WO2007062612A1 (de) 2005-11-29 2005-11-29 Überwachungseinheit zur lastüberwachung eines elektrischen motors

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20090033265A1 (de)
EP (1) EP1969713B1 (de)
AT (1) ATE453951T1 (de)
DE (2) DE112005003814A5 (de)
WO (1) WO2007062612A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2003771A1 (de) * 2007-06-11 2008-12-17 Société industrielle de Sonceboz S.A. Sensorlose Regelung eines synchronen Permanentmagnetmotors in einem geschlossenen Regelkreis
WO2013013792A3 (de) * 2011-07-26 2013-07-25 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Antriebssystem und verfahren zum betreiben eines antriebssystems

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1772960B1 (de) * 2005-10-07 2009-03-04 Emotron AB Lastüberwachung
ES2616236T3 (es) * 2010-10-20 2017-06-12 Philips Lighting Holding B.V. Aparatos de desagregación
DE102018101180B4 (de) * 2018-01-19 2019-10-10 Rovema Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Verpackungsmaschine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0632283A1 (de) * 1993-06-29 1995-01-04 Liberty Technologies, Inc. Methode und Apparat zur Analyse von mehrphasigen elektrischen Motorsystemen
US5689194A (en) * 1996-04-19 1997-11-18 Framatome Technologies, Inc. Acoustic motor current signature analysis system with audio amplified speaker output
US6430518B1 (en) * 1999-08-11 2002-08-06 Fps, Inc. Method and apparatus for monitoring performance of multiple electrical loads from a single source

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5651667A (en) * 1991-10-11 1997-07-29 Helix Technology Corporation Cryopump synchronous motor load monitor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0632283A1 (de) * 1993-06-29 1995-01-04 Liberty Technologies, Inc. Methode und Apparat zur Analyse von mehrphasigen elektrischen Motorsystemen
US5689194A (en) * 1996-04-19 1997-11-18 Framatome Technologies, Inc. Acoustic motor current signature analysis system with audio amplified speaker output
US6430518B1 (en) * 1999-08-11 2002-08-06 Fps, Inc. Method and apparatus for monitoring performance of multiple electrical loads from a single source

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2003771A1 (de) * 2007-06-11 2008-12-17 Société industrielle de Sonceboz S.A. Sensorlose Regelung eines synchronen Permanentmagnetmotors in einem geschlossenen Regelkreis
WO2013013792A3 (de) * 2011-07-26 2013-07-25 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Antriebssystem und verfahren zum betreiben eines antriebssystems

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007062612A8 (de) 2008-06-19
EP1969713A1 (de) 2008-09-17
EP1969713B1 (de) 2009-12-30
US20090033265A1 (en) 2009-02-05
DE112005003814A5 (de) 2008-10-30
DE502005008802D1 (de) 2010-02-11
ATE453951T1 (de) 2010-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1911058B1 (de) Sicherheitsschaltgerät zum steuern einer sicherheitstechnischen einrichtung in einen sicheren zustand
DE10139860A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Anschlussüberwachung einer elektrischen Versorgungseinheit
EP1969713B1 (de) Überwachungseinheit zur lastüberwachung eines elektrischen motors
DE102015005513B4 (de) Motorsteuerung mit Detektion von Defekten in der Motorstromversorgungsleitung oder in einem Leistungselement der Motorstromversorgungskonversionseinrichtung
EP2812969B1 (de) Stromversorgung mit parallelschaltbaren ausgängen
DE2702511C2 (de) Regelsystem zum Regeln des Stromflusses von einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle zu einer dreiphasigen Last
DE102016120130A1 (de) Laststeuervorrichtung, die Kontaktfehler bei Relais-Kontakten verhindert
WO2004017080A1 (de) Verfahren zur überwachung von wenigstens zwei elektromagnetischen ventilen einer brennkraftmaschine insbesondere eines kraftfahrzeugs
WO2015106869A1 (de) Überlast-überwachungsvorrichtung und verfahren zur überlast-überwachung
DE102004039385A1 (de) Motorantriebs-Regeleinrichtung
EP3235091B1 (de) Selektives parallellaufverfahren für mess-/steuergeräte
EP2869072A1 (de) Einrichtung und Verfahren zur Erfassung der elektrischen Energie von ein- oder mehrphasigen Verbrauchern
EP4005086A1 (de) Steuereinrichtung, wechselrichter, anordnung mit einem wechselrichter und einer elektrischen maschine, verfahren zum betreiben eines wechselrichters sowie computerprogramm
DE102012215166A1 (de) Schaltgerät für einen Einphasenmotor und einen Drehstrommotor
CH649134A5 (de) Spaltrohrmotorpumpe, insbesondere heizungsumwaelzpumpe.
EP1968089B1 (de) Ansteuermodul für einen elektrischen Schutzschalter, Verfahren zu dessen Betreiben und elektrisches Schutzsystem
EP3306329B1 (de) Verfahren zum zentralen überwachen von zustandswechseln einer anzahl von komponenten für hochspannungsanlagen ab 1 kv aufwärts
DE102004028990A1 (de) Verfahren für die automatische Anpassung eines Reglers an eine Last
EP1351267B1 (de) Verfahren fur ein netzsynchrones Schalten von Leistungsschaltern und Vorrichtung zur Durchfuhrung dieses Verfahrens
DE19705907C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern
WO2019158422A1 (de) Kurzschlussfester umrichter mit direkter stromsteuerung
WO2010118978A2 (de) Verfahren zum betrieb einer steuerschaltung, insbesondere zur anwendung in einem kraftfahrzeug
DE102009031875B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Drehstrommotors und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
DE102021212802A1 (de) Sicherheitsvorrichtung für einen elektrischen Wasserheizer, elektrischer Wasserheizer und Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitsvorrichtung
DE10224222B4 (de) Anlauf- und Sicherheitsschaltung für ein elektrisches Gerät und Verfahren einer Anlauf- und Sicherheitsschaltung

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200580052185.X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005816422

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12085521

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020087015217

Country of ref document: KR

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2005816422

Country of ref document: EP

REF Corresponds to

Ref document number: 112005003814

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20081030

Kind code of ref document: P

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112005003814

Country of ref document: DE